碳纤维蜂窝结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料技术领域，特别是一种碳纤维蜂窝结构，本发明同时还提供了该种碳纤维蜂窝结构的制备方法。
【背景技术】
[0002]以蜂窝芯材为主体的夹层材料广泛应用于航空航天、汽车、装饰等领域中，用来提高强度、刚度，增强抗冲击性，同时减轻重量，降低噪音。
[0003]在蜂窝芯材中，常见的有纸蜂窝芯、碳纤维纸蜂窝、金属蜂窝芯等。在现有的蜂窝芯材中其性能都各具优缺点，如纸蜂窝芯和碳纤维纸蜂窝重量轻，但是强度，硬度一般，比强度低，抗冲击效果差；金属蜂窝芯强度高，硬度高，但是重量较重，比强度一般。因此有必要提供一种综合性能优越的蜂窝芯材。
[0004]碳纤维蜂窝重量轻、吸能性能优秀，在汽车吸能结构中应用前景广泛。目前制备纤维蜂窝一般先拉挤成形单个六边形管件，然后通过许多单独管件粘接成为碳纤维，此方法工序过于复杂，单管成形和粘接工作量大。因此，有必要提供简单可行的碳纤维蜂窝芯材制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决目前现有的蜂窝芯材存在的各种常规问题而提供的一种碳纤维蜂窝结构。
[0006]为达到上述功能，本发明提供的技术方案是:
[0007]一种碳纤维蜂窝结构，其特征在于:包括多个具有连续半六边形形状的蜂窝子件，多个所述蜂窝子件依次对应排列并在重合的粘结面处涂布粘结剂固定粘接形成横截面为六边形的蜂窝结构，其中:
[0008]所述蜂窝子件，采用含碳量90%以上的碳纤维预浸料通过热压罐工艺或模压工艺制成；
[0009]所述粘结剂，采用环氧树脂类粘接剂或胶膜。
[0010]本发明同时还提供了上述的碳纤维蜂窝结构的制备方法，包括以下步骤:
[0011]步骤S1、将计算好的碳纤维预浸料裁剪成要求的尺寸，备好所需层数；
[0012]步骤S2、对模具预热，涂脱模剂，将备好的碳纤维预浸料一层层叠合压实到模具中，根据工艺要求再铺上辅料，完成模具前的准备工作后，放入到成型设备中:
[0013]步骤S3、设置工艺参数后，启动成型设备进行热压；
[0014]步骤S4、冷却后脱模制得蜂窝子件，对模具吹洗；
[0015]步骤S5、重复步骤SI?S4，直到制得所需数量的蜂窝子件；
[0016]步骤S6、将所制得的半六边形的所述蜂窝子件在夹具中依次两两对应粘接形成六边形形状的碳纤维蜂窝芯结构材料；
[0017]步骤S7、对所述碳纤维蜂窝芯结构材料进行加工成型，片切即可得到碳纤维蜂窝结构。
[0018]优选地，所述碳纤维预浸料的含碳量为90%以上。
[0019]优选地，所需层数η的计算公式为:
[0020]n = t/h，所述的t表示蜂窝子件的成型厚度，所述的h表示碳纤维预浸料的单层厚度。
[0021]优选地，所述成型设备为热压罐，所述工艺参数为:
[0022]温度参数为加热升温到140?160°C，恒温时间为60?80min，降温到60?80°C，时间为10?30min，压力参数为0.5?1.0MPa0
[0023]优选地，所述成型设备为模压机，所述工艺参数为:
[0024]模压温度为120?180°C，时间为40?80min，压强为0.5?0.7Mpa。
[0025]优选地，所述模具的截面为连续半六边形形状。
[0026]优选地，所述模具采用铝合金或模具钢制成。
[0027]本发明的有益效果在于:本发明的碳纤维蜂窝结构同现有的蜂窝芯材相比具有重量轻，比强度高，抗冲击性能好，缓冲吸能效果明显，可广泛应用于汽车工业、体育器材、宇航、消防等领域。
【附图说明】
[0028]图1为蜂窝子件的结构示意图
[0029]图2为两个蜂窝子件粘接的结构示意图；
[0030]图3为本发明的结构示意图；
[0031]图4为热压罐工艺采用的模具的结构示意图；
[0032]图5为模压工艺采用的模具的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图1至附图5对本发明作进一步阐述:
[0034]如图1至图3所示的一种碳纤维蜂窝结构，包括多个具有连续半六边形形状的蜂窝子件1，多个所述蜂窝子件I依次对应排列并在重合的粘结面11处涂布环氧树脂类粘接剂或胶膜，固定粘接形成横截面为六边形的蜂窝结构，在本发明中，蜂窝子件I，采用含碳量90%以上的碳纤维预浸料热通过热压罐工艺或模压工艺制成。
[0035]本发明的碳纤维蜂窝结构通过以制备方法，制备而得:
[0036]制备方法一:
[0037]本制备方法采用的热压罐工艺，包括以下步骤:
[0038]步骤S1、将计算好的碳纤维预浸料裁剪成要求的尺寸，备好所需层数n，n = t/h,其中t表示成型后蜂窝子件I的成型厚度，h表示碳纤维预浸料的单层厚度；
[0039]步骤S2、将备好的碳纤维预浸料一层层叠合压实到已经预热到70°C的具有凹凸槽的模具2，如图4所示，模具2的截面为连续半六边形形状，由里到外的顺序依次铺隔离膜、透气粘包裹，模具2装入真空袋中，再将其放入热压罐内，然后将真空袋抽真空；
[0040]S3、热压罐内温度参数设置为加热升温到150°C，保温时间为60min，降温到75°C，时间为30min，压力参数设置为0.7MPa，启动热压罐；
[0041]S4、从热压罐中取出模具2后冷却脱模制得成品，模具2吹洗，达到制备下一成品的要求。
[0042]S5、重复步骤SI?S4，制得一定数量的如图1所示的半六边形截面的蜂窝子件I ;
[0043]S6、将蜂窝子件I粘接面用砂纸打磨，再用丙酮清洗；
[0044]S7、将半六边形的蜂窝子件I在常温下用环氧树脂类粘接剂两两粘接，固化后形成六边形形状的碳纤维蜂窝结构，如图2和图3所示；
[0045]S8、对外形进行加工成型，片切至所需高度的碳纤维蜂窝结构材料，如图3所示。
[0046]在本制备方法中，模具2可以选用铝合金或模具钢制成的模具。制备方法二:
[0047]改变制备方法一步骤S7，将半六边形的蜂窝子件I在120°C温度下用环氧树脂类粘接剂两两粘接，固化后形成六边形形状的碳纤维蜂窝结构。
[0048]制备方法三:
[0049]本制备方法采用的模压机模压的工艺，包括以下步骤:
[0050]S1、将计算好的碳纤维预浸料裁剪成要求的尺寸，备好所需层数；
[0051]S2、如图5所示，将备好的碳纤维布5 —层层叠合压实后铺到阴模3中，将阴模3与阳模4合模，将整体放入模压机中，设定模压温度为150°C，时间为60min，压强为0.5mpa，进行模压；
[0052]S3、从模压机中取出模具后冷却脱模制得蜂窝子件1，模具吹洗，达到制备下一成品的要求。
[0053]S4、重复步骤SI?S3，制得一定数量的蜂窝子件1，制得一定数量的如图1所示的半六边形截面的蜂窝子件I ;
[0054]S5、对蜂窝子件I粘接面用砂纸打磨，再用丙酮清洗；
[0055]S6、在蜂窝于件I的粘接面贴上胶膜，将蜂窝子件I两两粘接，压紧，用胶带固定，放到热压罐中，温度没置为120°C，时间为20min，进行固化；
[0056]S7、固化后对外形进行加工成型，片切至所需高度的碳纤维蜂窝结构材料。
[0057]如图5所示，阴模3与阳模4具有相对应的连续半六边形形状。
[0058]需要说明的是在上述制备方法一至制备方法三中，在生产时的工艺参数的选择只是一个较优的方案，生产者可以根据实际的生产需要选择其它相应的工艺参数，若未特别指出，实施案例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟悉的一般手段，所有原材料均在市场上有售。
[0059]以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
【主权项】
1.一种碳纤维蜂窝结构，其特征在于:包括多个具有连续半六边形形状的蜂窝子件，多个所述蜂窝子件依次对应排列并在重合的粘结面处涂布粘结剂固定粘接形成横截面为六边形的蜂窝结构，其中: 所述蜂窝子件，采用含碳量90 %以上的碳纤维预浸料通过热压罐工艺或模压工艺制成； 所述粘结剂，采用环氧树脂类粘接剂或胶膜。
2.一种如权利要求1所述的碳纤维蜂窝结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤S1、将计算好的碳纤维预浸料裁剪成要求的尺寸，备好所需层数； 步骤S2、对模具预热，涂脱模剂，将备好的碳纤维预浸料一层层叠合压实到模具中，根据工艺要求再铺上辅料，完成模具前的准备工作后，放入到成型设备中； 步骤S3、设置工艺参数后，启动成型设备进行热压； 步骤S4、冷却后脱模制得蜂窝子件，对模具吹洗； 步骤S5、重复步骤SI?S4，直到制得所需数量的蜂窝子件； 步骤S6、将所制得的半六边形的所述蜂窝子件在夹具中依次两两对应粘接形成六边形形状的碳纤维蜂窝芯结构材料； 步骤S7、对所述碳纤维蜂窝芯结构材料进行加工成型，片切即可得到碳纤维蜂窝结构。
3.如权利要求2所述的碳纤维蜂窝结构的制备方法，其特征在于:所述碳纤维预浸料的含碳量为90%以上。
4.如权利要求2所述的碳纤维蜂窝结构的制备方法，其特征在于:所需层数η的计算公式为: n = t/h，所述的t表示成型厚度，所述的h表示碳纤维预浸料的单层厚度。
5.如权利要求2所述的碳纤维蜂窝结构的制备方法，其特征在于:所述成型设备为热压罐，所述工艺参数为: 温度参数为加热升温到140?160°C，恒温时间为60?80min，降温到60?80°C，时间为10?30min，压力参数为0.5?1.0MPa0
6.如权利要求2所述的碳纤维蜂窝结构的制备方法，其特征在于:所述成型设备为模压机，所述工艺参数为: 模压温度为120?180°C，时间为40?80min，压强为0.5?0.7Mpa。
7.如权利要求2?6任意一项所述的碳纤维蜂窝结构的制备方法，其特征在于:所述模具的截面为连续半六边形形状。
8.如权利要求7所述的碳纤维蜂窝结构的制备方法，其特征在于:所述模具采用铝合金或模具钢制成。
【专利摘要】本发明涉及复合材料技术领域，特别是一种碳纤维蜂窝结构；包括多个具有连续半六边形形状的蜂窝子件，多个所述蜂窝子件依次对应排列并在重合的粘结面处涂布粘结剂固定粘接形成横截面为六边形的蜂窝结构，所述蜂窝子件，采用含碳量90％以上的碳纤维预浸料通过热压罐工艺或模压工艺制成；所述粘结剂，采用环氧树脂类粘接剂或胶膜；同现有的蜂窝芯材相比综合性能突出，同时具有重量轻，比强度高，抗冲击性能好，缓冲吸能效果明显；本发明同时还提供了该碳纤维蜂窝结构的制备方法，克服了以往碳纤维蜂窝结构制备工序复杂的缺点。
【IPC分类】B32B3-12, B32B9-04, B32B37-06, B32B27-04, B32B37-10
【公开号】CN104842593
【申请号】CN201510150581
【发明人】刘强, 欧正言, 李焕平, 徐希宇
【申请人】中山大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年3月24日